Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 2. С. 49-59
Применение РСА космического базирования в режиме однопроходного переднебокового обзора для томографического исследования Земли
М.И. Бабокин
1 , П.Е. Шимкин
2 1 АО «АЭРОКОН», Жуковский, Московская обл., Россия
2 Национальный исследовательский университет "МЭИ", Москва, Россия
Одобрена к печати: 21.03.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-2-49-59
Рассмотрены особенности построения и основные характеристики томографического комплекса на базе однопозиционного космического радиолокатора с синтезированной апертурой антенны (РСА), работающего в режиме переднебокового наблюдения Земли за один проход. Определены условия функционирования и требования к информационному обеспечению системы многоканальной обработки сигналов. Проверена работоспособность предложенного подхода по реальным сигналам двух диапазонов длин волн, полученных в ходе экспериментальных полётов. Рассматриваемый в работе томографический РСА (ТРСА) позволяет производить оперативную четырёхмерную оценку за один проход носителя без необходимости во второй приёмной антенне. Описывается алгоритмическая реализация многомерной обработки парных сигналов, проверка и отладка которой осуществлены по реальным радиоголограммам. Особенностью при таком построении ТРСА становится возможность использования одного увеличенного интервала синтезирования с разбиением на подынтервалы для организации пространственного разнесения многопарных приёмных апертур с целью осуществления многомерных разностно-фазовых радиолокационных измерений. Продемонстрирована возможность использования предлагаемой схемы построения томографического комплекса с РСА при решении задач получения дополнительной информации о состоянии поверхности Земли. Приведены первые экспериментальные результаты по отображению слоистых неоднородностей подстилающей поверхности путём применения многомерной разностно-фазовой обработки парных сигналов с помощью однопроходного РСА, работающего в режиме переднебокового обзора.
Ключевые слова: радиолокатор с синтезированной апертурой антенны (РСА), томографический РСА, многомерная обработка сигналов, сложная земная поверхность, результаты эксперимента
Полный текстСписок литературы:
- Бабокин М. И. Авиационные и космические комплексы дистанционного зондирования Земли с интерферометрической обработкой многомерных сигналов: дис. … д-ра техн. наук. М., 2010. 336 с.
- Бабокин М. И., Ефимов А. В., Карпов О. А., Титов М. П. Однопроходный интерферометр при переднебоковом обзоре // Радиотехника. 2014. № 7. С. 16–20.
- Бабокин М. И., Ефимов А. В., Зайцев С. Э., Карпов О. А., Савосин Г. В., Титов М. П., Толстов Е. Ф., Турук В. Э., Цветков О. Е. Космический аппарат «Кондор-Э» с РСА и его возможности // Исслед. Земли из космоса. 2017. № 3. С. 85–95. DOI: 10.7868/S0205961417030010.
- Баскаков А. И., Жутяева Т. С., Лукашенко Ю. И. Локационные методы исследования объектов и сред: учеб. для студентов высш. проф. образования / под ред. А. И. Баскакова. М.: Изд. центр «Академия». 2011. 384 с.
- Верба В. С., Неронский Л. Б., Осипов И. Г., Турук В. Э. Радиолокационные системы землеобзора космического базирования / под общ. ред. Вербы В. С. М.: Радиотехника, 2010. 680 с.
- Волосюк В. К., Кравченко В. Ф. Статистическая теория радиотехнических систем дистанционного зондирования и радиолокации / под ред. В. Ф. Кравченко. М.: Физматлит, 2008. 704 с.
- Захаров А. И. Методы дистанционного зондирования Земли радарами с синтезируемой апертурой: дис. … д-ра физ.-мат. наук. М., 2012. 370 с.
- Козлов А. И., Логвин А. И., Сарычев В. А. Поляризация радиоволн. Кн. 2. Радиолокационная поляриметрия. М.: Радиотехника, 2007. 520 с.
- Кондратенков Г. С., Фролов А. Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли: учеб. пособие для вузов / под. ред. Г. С. Кондратенкова. М.: Радиотехника, 2005. 368 с.
- Шимкин П. Е. Однопроходный бортовой интерферометрический радиолокатор с синтезированной апертурой антенны переднебокового обзора для оценки рельефа подстилающей поверхности: дис. … канд. техн. наук. М., 2018. 140 с.
- Шимкин П. Е., Бабокин М. И., Баскаков А. И. Исследование точности однопроходного переднебокового РСА интерферометра при измерении рельефа поверхности Земли // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 5. C. 103–112. DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-5-103-112.
- Школьный Л. А., Толстов Е. Ф., Детков А. Н. Радиолокационные системы воздушной разведки, дешифрирование радиолокационных изображений: учеб. для курсантов ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского / под ред. Л. А. Школьного. М.: Изд-во ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского. 2008. 531 с.
- Fornaro G., Pascazio V. SAR interferometry and Tomography: Theory and Applications // Academic Press Library in Signal Processing. 2014. V. 2. P. 1043–1117. DOI: 10.1016/B978-0-12-396500-4.00020-X.
- Fornaro G., Lombardini F., Serafino F. Three-dimensional multipass SAR focusing: experiments with long-term spaceborne data // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2005. V. 43. No. 4. P. 702–714. DOI: 10.1109/TGRS.2005.843567.
- Ka M.-H., Shimkin P. E., Baskakov A. I., Babokin M. I. A New Single-Pass SAR Interferometry Technique with a Single-Antenna for Terrain Height Measurements // Remote Sensing. 2019. V. 11. No. 9. Art. No. 1070. DOI: 10.3390/rs11091070.
- Khoshnevis S. A., Ghorshi S. A tutorial on tomographic synthetic aperture radar methods // SN Applied Sciences. 2020. V. 2. Art. No. 1504. DOI: 10.1007/s42452-020-03298-6.
- Mariotti M., Tebaldini S. Digital Terrain Model Retrieval in Tropical Forests Through P-Band SAR Tomography // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2019. V. 57. No. 9. P. 6774–6781. DOI: 10.1109/TGRS.2019.2908517.
- Moreira A., Prats-Iraola P., Younis M., Krieger G., Hajnsek I., Papathanassiou K. P. A tutorial on synthetic aperture radar // IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine. 2013. V. 1. No. 1. P. 6–43. DOI: 10.1109/MGRS.2013.2248301.
- Ouchi K. Recent trend and advance of synthetic aperture radar with selected topics // Remote Sensing. 2013. V. 5. No. 2. P. 716–807.
- Ponce O., Prats-Iraola P., Scheiber R., Reigber A., Moreira A. First Airborne Demonstration of Holographic SAR Tomography with Fully Polarimetric Multicircular Acquisitions at L-Band // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2016. V. 54. No. 10. P. 6170–6196. DOI: 10.1109/TGRS.2016.2582959.
- Richards M. A. Fundamentals of radar signal processing. N. Y.: McGrawHill, 2022. 513 p.
- Rosenqvist A., Shimada M., Ito N., Watanabe M. ALOS PALSAR: A Pathfinder Mission for Global-Scale Monitoring of the Environment // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2007. V. 45. No. 11. P. 3307–3316. DOI: 10.1109/TGRS.2007.901027.